城市路網(wǎng)交通信號協(xié)調(diào)控制理論與方法研究.pdf

1、隨著交通需求的不斷增加，城市路網(wǎng)內(nèi)特別是相鄰交叉口之間的時(shí)空關(guān)聯(lián)作用越來越強(qiáng)。最直觀的體現(xiàn)是，路網(wǎng)中某一個(gè)交叉口的交通狀態(tài)發(fā)生變化譬如發(fā)生交通擁堵時(shí)，將對與其相鄰的若干交叉口的交通狀態(tài)產(chǎn)生直接影響。相應(yīng)的，某一交叉口交通信號配時(shí)發(fā)生變化而導(dǎo)致交通狀態(tài)發(fā)生變化，也必然影響相鄰交叉口信號配時(shí)的優(yōu)化與調(diào)整。為此，以路網(wǎng)中的某個(gè)區(qū)域（或者整個(gè)路網(wǎng)）為控制對象，以區(qū)域的整體交通效益為優(yōu)化目標(biāo)，對區(qū)域內(nèi)所有交叉口進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，已經(jīng)成為提高交通信號控

2、制系統(tǒng)運(yùn)行效率的主要方法。針對現(xiàn)有交通信號協(xié)調(diào)控制方法的不足，本文在雙向干道交通信號協(xié)調(diào)、基于模型預(yù)測控制的大規(guī)模路網(wǎng)交通信號協(xié)調(diào)控制等方面進(jìn)行了相關(guān)研究。
　　本文的主要研究成果包括如下幾個(gè)方面:
　　1、提出了一種基于干道協(xié)調(diào)和路網(wǎng)分解的路網(wǎng)交通信號協(xié)調(diào)控制方法。在干道協(xié)調(diào)控制中，為了實(shí)現(xiàn)干道雙向綠波協(xié)調(diào)，建立了一個(gè)基于協(xié)調(diào)相位綠燈啟動時(shí)刻的干道協(xié)調(diào)優(yōu)化模型。設(shè)計(jì)了一個(gè)相序優(yōu)化調(diào)整策略，對優(yōu)化后的綠燈啟動時(shí)刻進(jìn)行了調(diào)整，

3、以確保能夠?qū)崿F(xiàn)干道的雙向協(xié)調(diào)控制。為了減少計(jì)算復(fù)雜度，定義了干道協(xié)調(diào)優(yōu)先指數(shù)，構(gòu)建了一種基于干道協(xié)調(diào)優(yōu)先級別的路網(wǎng)分解算法。所提算法最大的特點(diǎn)是，將整個(gè)路網(wǎng)的交通信號協(xié)調(diào)控制和優(yōu)化問題成功的轉(zhuǎn)換成了對路網(wǎng)中若干具有較高協(xié)調(diào)優(yōu)先等級的干道以及少數(shù)分散在路網(wǎng)中不同區(qū)域的若干單個(gè)交叉口進(jìn)行協(xié)調(diào)控制的優(yōu)化問題。
　　2、提出了一種考慮進(jìn)口道排隊(duì)清空過程的雙向干道交通信號協(xié)調(diào)控制方法。在進(jìn)行干道協(xié)調(diào)控制時(shí)為了更精確的建模干道上的實(shí)際交通狀況

4、，分析了干道交叉口進(jìn)口道排隊(duì)車輛的清空過程。為了精確計(jì)算排隊(duì)清空時(shí)間，提出了一個(gè)排隊(duì)長度估計(jì)模型。分析和討論了實(shí)現(xiàn)干道雙向協(xié)調(diào)時(shí)，各個(gè)路口協(xié)調(diào)相位綠燈啟動時(shí)刻需要滿足的約束條件。另外，為了保證干道雙向協(xié)調(diào)的有效性特別是實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)帶寬的最大化，討論了各種可能的相序組合方案并給出了若干相序調(diào)整和優(yōu)化策略。提出了一個(gè)基于混合整數(shù)規(guī)劃的協(xié)調(diào)控制模型，并給出了相應(yīng)的優(yōu)化求解方法。最后，基于一個(gè)由八個(gè)交叉口構(gòu)成的干道對所提協(xié)調(diào)控制算法進(jìn)行了仿真測試，

5、實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了所提算法的有效性。
　　3、提出了一種基于分層模型預(yù)測控制的大規(guī)模城市路網(wǎng)交通信號協(xié)調(diào)控制方法?；谝粋€(gè)改進(jìn)的線性交通流動態(tài)描述模型，給出了整個(gè)路網(wǎng)基于模型預(yù)測控制的交通信號控制模型，并在其中引入了關(guān)聯(lián)平衡約束來描述子網(wǎng)絡(luò)間的相互關(guān)聯(lián)作用。為了解決集中模型預(yù)測控制在大規(guī)模交通信號優(yōu)化控制中，存在著計(jì)算復(fù)雜度高、實(shí)時(shí)應(yīng)用能力差、基本不具有現(xiàn)實(shí)可行性的問題，設(shè)計(jì)了一個(gè)分解策略，將整個(gè)路網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制與優(yōu)化問題重新分解成了若

6、干子網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化問題，并提出了一種基于分層結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)預(yù)測法對子網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了協(xié)調(diào)控制和優(yōu)化。在底層，基于預(yù)測的來自相鄰子網(wǎng)絡(luò)的關(guān)聯(lián)信息并行的對各個(gè)子網(wǎng)絡(luò)的交通信號控制模型進(jìn)行優(yōu)化和控制，同時(shí)將優(yōu)化后的各個(gè)子網(wǎng)絡(luò)的輸出信息傳送給上層控制器。在上層，對協(xié)調(diào)向量進(jìn)行優(yōu)化和更新，實(shí)現(xiàn)對子網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)控制和優(yōu)化，最終找到一個(gè)全局最優(yōu)解或者是近優(yōu)解。最后，設(shè)計(jì)一個(gè)仿真實(shí)驗(yàn)證實(shí)了所提算法的有效性。
　　4、提出了一種基于分布式模型預(yù)測控制的大規(guī)模城市路網(wǎng)

7、交通信號協(xié)調(diào)控制與優(yōu)化方法。為了精確描述路網(wǎng)中各個(gè)路段上交通流的動態(tài)變化過程，考慮了路段上的交通流擾動，構(gòu)建了一個(gè)改進(jìn)的非線性動態(tài)交通流描述模型?；谠摲蔷€性交通流模型，給出了一個(gè)基于模型預(yù)測控制的大規(guī)模城市路網(wǎng)交通信號控制優(yōu)化模型。由于路網(wǎng)中不同交叉口的控制周期時(shí)間和采樣時(shí)間可能不同，為了實(shí)現(xiàn)路網(wǎng)中相鄰路段間交通流的協(xié)調(diào)控制，給出了相應(yīng)的時(shí)間同步方法。另外，為了減少計(jì)算復(fù)雜度，提高協(xié)調(diào)控制算法的實(shí)時(shí)優(yōu)化性能，基于對偶優(yōu)化理論和所設(shè)計(jì)的